JP2007251766A - 表面実装用の水晶発振器 - Google Patents

Abstract

【課題】ＩＣチップの収容積を維持し小型化対応で、密閉度と電気的接続を確実にした表面実装発振器の提供。
【解決手段】凹状とした容器本体１の内底面にＩＣチップ２を固着し、該ＩＣチップ２上方に水晶片３を配置して該容器本体１の開口端面に凹状の絶縁カバー４を接合してなる表面実装用水晶発振器において、該容器本体１の開口端面に第1環状金属膜１２ａを有し、該金属膜１２ａとは電気的に独立した第１水晶接続端子１３ａを有して、前記絶縁カバー４の開口端面に第２環状金属膜１２ｂを有するとともに該金属膜１２ｂとは電気的に独立した第２水晶接続端子１３ｂを有し、前記絶縁カバー４の内底面には前記第２水晶接続端子１２ｂと電気的に接続した水晶保持端子６を有して該水晶片３の引出電極９の延出外周部が固着され、第１環状金属膜１２ａと第２環状金属膜１２ｂ及び第１水晶接続端子１３ａと第２水晶接続端子１３ｂは共晶合金１５にて接合される構成。
【選択図】図１

Description

本発明は表面実装用の水晶発振器（以下、表面実装発振器とする）を技術分野とし、特にＩＣチップの収容面積を確保した表面実装発振器に関する。

（発明の背景）
表面実装発振器は小型・軽量であって、例えば温度補償型とした場合は外気の温度変化に対して周波数安定度が高いことから、特に携帯型の電子機器（例えば携帯電話）に周波数や時間の基準源として内蔵される。このようなものの一つに、ＩＣチップと水晶片とを一つの凹部内に収容した一部屋型がある。

（従来技術の一例）
第４図は一従来例を説明する図で、同図（ａ）は表面実装発振器（一部屋型）の断面図で、同図（ｂ）は水晶片の平面図である。

表面実装発振器は容器本体１にＩＣチップ２と水晶片３とを一体的に収容し、金属カバー４を被せて密閉封入される。容器本体１は積層セラミックからなる凹状とし、枠壁層１ａの一端部に内壁段部を有する。容器本体１の外底面の４角部には実装端子５を有し、内壁段部には一対の水晶保持端子６を有する。容器本体１の底壁層１ｂにはシールド電極７を有し、実装端子５中のアース端子と接続する。

ＩＣチップ２は容器本体１の内底面にバンプ８を用いた超音波熱圧着によって回路機能面（一主面）が固着される。そして、回路機能面に設けられたＩＣ端子中の電源、出力及びアース端子は積層面及び側面を経て実装端子５と電気的に接続する。温度補償型とした場合は、回路機能面のＩＣ端子に温度補償データの書込端子を有し、容器本体１の外側面に設けた図示しない書込端子と接続する。

水晶片３は両主面に励振電極９ａを有し、一端部両側に引出電極９ｂを延出する。引出電極９ｂの延出した水晶片３の一端部両側は内壁段部の水晶保持端子６に導電性接着剤１０によって固着される。水晶保持端子６はＩＣチップ２のＩＣ端子中の水晶端子にビアホール１１を経て電気的に接続する。金属カバー４は容器本体１の開口面に設けられた金属リングにシームやビーム溶接によって接合される。そして、容器本体１の枠壁に設けたビアホール１１を経て実装端子５中のアース端子に接続する。
特開２００３−１０１３４８号公報 特開２０００−１３４０３７号公報

（従来技術の問題点）
しかしながら、上記構成の表面実装発振器では、ＩＣチップ２の上方に水晶片３を配置するので、容器本体１には水晶片３を保持する内壁段部を要する。このため、ＩＣチップ２の収容面積が小さくなる。逆に言えば、同一大きさのＩＣチップ２を収容したとすると、大型化して小型化が阻害される問題があった。特に、温度補償型のように付加価値を高めた場合は、ＩＣチップ２も大きくなって小型化を阻害する。

このことから、例えば特許文献２で示されるように、ＩＣチップを容器本体に、水晶片を絶縁カバーに別個に収容（固着）して容器内壁の段部を排除し、この分の面積を確保することが考えられた。しかし、特許文献２では容器本体とカバーとを異方性導電性接着剤によって固着するので、気密度や通電性の点が不十分で、実用化には至らない問題があった。

（発明の目的）
本発明はＩＣチップの収容積を維持して小型化に対応し、密閉度及び電気的接続を確実にした表面実装発振器を提供することを目的とする。

本発明は、特許請求の範囲（請求項１）に示したように、凹状とした容器本体の内底面にＩＣチップを固着し、前記ＩＣチップの上方に水晶片を配置して前記容器本体の開口端面に凹状の絶縁カバーを接合してなる表面実装用の水晶発振器において、前記容器本体の開口端面には第1環状金属膜を有するとともに前記第１環状金属膜とは電気的に独立した第１水晶接続端子を有し、前記絶縁カバーの開口端面には第２環状金属膜を有するとともに前記第２環状金属膜とは電気的に独立した第２水晶接続端子を有し、前記絶縁カバーの内底面には前記第２水晶端子と電気的に接続した水晶保持端子を有して前記水晶片の引出電極の延出した外周部が固着され、前記第１環状金属膜と第２環状金属膜及び第１水晶接続と第２水晶接続端子とは共晶合金によって接合された構成とする。

このような構成であれば、水晶片を絶縁カバーの内底面に固着して保持するので、容器本体には従来例の内壁段部を形成する必要がない。したがって、ＩＣチップの収容積を大きくできて、特に温度補償型とした付加価値の高い機能を持った表面実装発振器の小型化に適する。また、第１と第２環状金属膜及び第１と第２水晶接続端子を共晶合金によって接合するので、容器本体と絶縁カバーとの密閉度、及びＩＣチップと水晶片との電気的接続を確実にする。

（実施態様）
本発明の請求項２では、請求項１において、前記絶縁カバーの外表面には前記水晶保持端子に電気的に接続した水晶検査端子１４を有する。これにより、容器本体に絶縁カバーを接合する前や、接合後においても水晶振動子の振動特性を測定できる。

同請求項２では、請求項１において、前記絶縁カバーには前記第２環状金属膜と接続したシールド電極を有する。また、同請求項３では、請求項１において、前記容器本体には前記第１環状金属膜と接続したシールド電極を有する。これらにより、表面実装発振器を表面、裏面又はいずれの面からもシールドできて、ＥＭＩ対策も維持できる。

第１図は本発明の一実施形態を説明する表面実装発振器の図である。なお、前従来例と同一部分には同番号を付与してその説明は簡略又は省略する。

表面実装発振器は、積層セラミックからなるいずれも凹状とした容器本体１Ａと絶縁カバー４Ａとを有し、ＩＣチップ２と水晶片３とを密閉封入してなる。容器本体１Ａは前述同様に外底面に実装端子５を有し、底壁層１ｂの積層面にシールド電極７を有する。シールド電極７は実装端子５中のアース端子に接続し、外側面には温度補償データの図示しない書込端子を有する。

ここでは、容器本体１Ａの開口端面にこれを周回する第１環状金属膜（電極）１２ａを有し、開口端面の一端側の内周側に第１環状金属膜（電極）１２ａとは電気的に独立した第１水晶接続端子１３ａを有する。第１環状金属膜（電極）１２ａは容器本体１Ａの枠壁層１ａに設けたビアホール１１を経て実装端子５中のアース端子に電気的に接続する。

絶縁カバー４Ａは開口端面にこれを周回する第２環状金属膜（電極）１２ｂを有し、一端側の内周側に第２環状金属膜（電極）１２ｂとは電気的に独立した第２水晶接続端子１３ｂを有する。第２環状金属膜（電極）１２ｂ及び第２水晶接続端子１３ｂは、容器本体１の第１環状金属膜（電極）１２ａ及び第１水晶接続端子１３ａと位置が対応する。

絶縁カバー４Ａは底壁層４ａと枠壁層４ｂを積層してなり、内底面の一端部両側には水晶保持端子６を有し、枠壁層４ｂに設けたビアホール１１によって第２水晶接続端子１３ｂに接続する。また、水晶保持端子６は底壁層４ａと枠壁層４ｂとの積層面を経て側面又は及び上面の外表面に設けた水晶検査端子１４に接続する。絶縁カバー４Ａの底壁層４ａの積層面にはシールド電極７を有し、ビアホール１１を経て第２環状金属膜（電極）１２ｂに接続する。

ＩＣチップ２は前述のようにバンプ８を用いた超音波熱圧着によって回路機能面が容器本体１Ａの内底面に固着され、ＩＣ端子の電源、出力、アース端子等の実装端子５と電気的に接続する。水晶片３は引出電極９ｂの延出した一端部両側が、絶縁カバー４Ａの水晶保持端子６に導電性接着剤１０によって固着される。

容器本体１Ａと絶縁カバー４Ａとは例えば容器本体１Ａの第１環状金属膜（電極）１２ａに共晶合金１５を塗布し、開口端面を対向させて熱圧着によって接合される。この場合、容器本体１Ａの第１水晶接続端子１３ａにも共晶合金１５が塗布され、熱圧着によって同時に接合される。要するに、容器本体１と絶縁カバー４Ａとの開口端面を対向させ、第１と第２環状金属膜（電極）１２（ａｂ）及び第１と第２水晶接続端子１３（ａｂ）とを共晶合金１５によって同時に接合する。

なお、ＩＣチップ２と水晶片３との容器本体１Ａ及び絶縁カバー４Ａに対する固着は、互いに別工程で並列的に処理される。そして、例えば容器本体１Ａと絶縁カバー４Ａとの接合前に、水晶検査端子１４によって水晶振動子の振動特性を測定し、クリスタルインピーダンス（ＣＩ）等に異常があった場合は除去される。さらに、容器本体１Ａと絶縁カバー４Ａと接合後に、水晶検査端子１４によって、接合時の影響の有無を確認すべく水晶振動子の振動特性が測定される。

このような構成であれば、水晶片３を絶縁カバー４Ａの内底面に固着（保持）するので、容器本体１Ａには従来の内壁段部を不要にする。したがって、この分の容器本体１Ａの収容積を大きくできることから、容器本体１Ａを小型化しても温度補償機構を集積化した大型のＩＣチップ２を収容できる。これにより、表面実装発振器の小型化を促進できる。

この場合、容器本体１Ａの第１環状金属膜（電極）１２ａと絶縁カバー４Ａの第２環状金属膜（電極）１２ｂとを共晶合金１５によって接合するので、ガラス封止や樹脂封止等に比較して密閉度や強度を確実にする。そして、第１水晶接続端子１３ａと第２水晶接続端子１３ｂを共晶合金によって接合するので、ＩＣチップ２と水晶片３との電気的接続を確実にする。

また、絶縁カバー４Ａには水晶検査端子１４を設けるので、容器本体１Ａと絶縁カバー４Ａとの接合前後において、水晶振動子（水晶片３）の振動特性を独立的に測定できる。したがって、絶縁カバー４Ａに対する水晶片３の固着時の不良や、容器本体１Ａへの接合後の不良を発見できて、経済性とともに信頼性を高める。この場合、水晶検査端子１４は外側面のみ、あるいは上面のみでもよい。なお、、水晶検査端子１４を上面に設けた場合は面積も広くて、測定用のプローブを当接しやすく作業性を高める。

また、シールド電極７を絶縁カバー４Ａの積層面にも設けるので、容器本体１Ａのシールド電極７とともに両主面側からの雑音の侵入や放射を防止してＥＭＩ対策を維持できる。この場合、絶縁カバー４Ａのシールド電極７は内底面あるいは外表面に設けることもできる。

（他の事項）
上記実施例では絶縁カバー４Ａの側面又は及び上面には水晶検査端子１４のみを設けたが、例えば第３図に示したように温度補償データの書込端子１６を例えば２個設けることもできる。この場合、ＩＣチップ２と側面又は及び上面の書込端子とは、容器本体１Ａと絶縁カバー４Ａとの開口端面に設けた新たな第１及び第２水晶接続端子１３（ａｂ）とを共晶合金によって接合することにより、電気的に接続する。なお、第３図（ａ）は断面図、同図（ｂ）は絶縁カバーの上面図である。

また、容器本体１Ａの外底面の４角部に実装端子５を設けたが、前述同様にしてＩＣ端子中の電源、出力及びアース端子を絶縁カバー４Ａの外表面に設けて、絶縁カバー４Ａ側をセット基板に搭載することもできる。この場合でも、検査端子や書込端子は絶縁カバーの上面を除いて、いずれの面にも設けることができる。なお、上記実施形態でも、同様にして水晶検査端子４を容器本体１Ａの外側面に形成できる。さらに、温度補償型としたが、これに限らず、すべての表面実装発振器に適用できることは勿論である。

本発明の一実施形態を説明する表面実装発振器の断面図である。 本発明の一実施形態を説明する図で、同図（ａ）は容器本体の、同図（ｂ）は絶縁カバーの平面図である。 本発明の他の例を説明する図で、同図（ａ）は表面実装発振器の断面図、同図（ｂ）は絶縁カバーの上面図である。 従来例を説明する図で、同図（ａ）は表面実装発振器の断面図、同図（ｂ）は水晶片の平面図である。

符号の説明

１ 容器本体、２ ＩＣチップ、３ 水晶片、４ カバー、５ 実装端子、６ 水晶保持端子、７ シールド電極、８ バンプ、９ 励振及び引出電極、１０ 導電性接着剤、１１ ビアホール、１２ 環状金属膜（電極）、１３ 接続端子、１４ 水晶検査端子、１５ 共晶合金、１６ 書込端子。

Claims (4)

1. 凹状とした容器本体の内底面にＩＣチップを固着し、前記ＩＣチップの上方に水晶片を配置して前記容器本体の開口端面に凹状の絶縁カバーを接合してなる表面実装用の水晶発振器において、前記容器本体の開口端面には第１環状金属膜を有するとともに前記第１環状金属膜とは電気的に独立した第１水晶接続端子を有し、前記絶縁カバーの開口端面には第２環状金属膜を有するとともに前記第２環状金属膜とは電気的に独立した第２水晶接続端子を有し、前記絶縁カバーの内底面には前記第２水晶端子と電気的に接続した水晶保持端子を有して前記水晶片の引出電極の延出した外周部が固着され、前記第１環状金属膜と第２環状金属膜及び第１水晶接続と第２水晶接続端子とは共晶合金によって接合されたことを特徴とする表面実装用の水晶振動子。
2. 請求項１において、前記絶縁カバーの外表面には前記水晶保持端子に電気的に接続した水晶検査端子を有する表面実装用の水晶振動子。
3. 請求項１において、前記絶縁カバーには前記第２環状金属膜と接続したシールド電極を有する表面実装用の水晶発振器。
4. 請求項１において、前記容器本体には前記第１環状金属膜と接続したシールド電極を有する表面実装用の水晶発振器。

Images